[C++] 템플릿을 헤더(hpp)에 정의해야 하는 이유는?

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*  본 글은 아래의 문서를 정리했습니다.

Standard C++

 

먼저 알아둬야 할 사실은 다음과 같다.

1. 템플릿은 클래스도 함수도 아니다. 클래스, 함수 패밀리를 생성하기 위해 컴파일러가 사용하는 "패턴"이다.
2. 컴파일러가 코드를 생성하기 위해선, 컴파일러는 템플릿의 선언뿐만 아니라 정의를 볼 수 있어야 하며 템플릿을 구성하는 타입 등을 알 수 있어야 한다. 예를 들어 Foo<int>를 사용하려고 한다면, 컴파일러는 Foo 템플릿 뿐만 아니라 당신이 Foo<int>를 만들려고 한다는 사실 또한 알아야 한다.
3. 컴파일러는 cpp 파일을 컴파일 하는 동안 각각의 cpp 파일의 내용을 기억하고 있지 않는다. 이러한 방식의 컴파일을 "separate compilation model"이라고 부른다.

 

이러한 사실을 바탕으로, 왜 이러한 방식으로 작동하는지 보여줄 예시가 있다. 아래처럼 정의된 Foo 템플릿이 있다고 하자.

template<typename T>
class Foo {
public:
  Foo();
  void someMethod(T x);
private:
  T x;
};

 

멤버 함수 정의는 다음과 같다.

template<typename T>
Foo<T>::Foo()
{
  // ...
}
template<typename T>
void Foo<T>::someMethod(T x)
{
  // ...
}

 

Bar.cpp 파일에서 Foo를 사용한다고 해보자.

// Bar.cpp
void blah_blah_blah()
{
  // ...
  Foo<int> f;
  f.someMethod(5);
  // ...
}

 

일단 생성자와 someMethod() 함수를 위해선 "패턴"을 사용해야 하고, T가 실은 int인 경우 인스턴스화해야 한다. 만약에 생성자와 someMethod() 함수를 Foo.cpp에 넣어두면, 컴파일러는 템플릿 코드를 Foo.cpp 를 컴파일 할 때 볼것이고 Bar.cpp를 컴파일 할때 Foo<int>를 발견할 것이다. 그런데 이 두가지가 동시에 일어날 순 없다. 따라서 위 2번 항목에 따르면, Foo<int>::someMethod() 를 절대 생성할 수 없을 것이다.

 

전문가들을 위한 노트: 위 내용은 심히 간략히 설명한 것이다. 의도적인 부분이니 크게 문제 삼지 말길.